選做實(shí)驗(yàn)提高生理學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量

周　辰，　高　珊,2，　朱明月，　郭　羽，　畢　群，　柴　真

(1.北京大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 生物學(xué)國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，北京 100871；2.山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所，濟(jì)南 250062)

0　引　言

生理學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門傳統(tǒng)的生物實(shí)驗(yàn)課程，通過手術(shù)操作鍛煉學(xué)生的動手能力，通過機(jī)能實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練邏輯思維能力。隨著本科教學(xué)體制的不斷改革和教學(xué)理念的改進(jìn)，我校生命科學(xué)學(xué)院的生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式也發(fā)生了很大的改變。在整體實(shí)驗(yàn)課時(shí)減少的背景下，生理學(xué)實(shí)驗(yàn)次數(shù)減少為每學(xué)期8次。

由于實(shí)驗(yàn)課程次數(shù)較少，因此需要仔細(xì)選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。首先考慮能夠驗(yàn)證理論知識的實(shí)驗(yàn)，例如使用蟾蜍坐骨神經(jīng)-腓腸肌標(biāo)本進(jìn)行肌肉的單收縮和收縮總和實(shí)驗(yàn)，同時(shí)可以使用電刺激與肌肉收縮的關(guān)系分析刺激三要素中的強(qiáng)度和時(shí)間兩個(gè)因素。其次考慮內(nèi)容豐富的實(shí)驗(yàn)，例如蟾蜍心臟活動實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容包括心電圖與心臟收縮，期外收縮和代償間歇，神經(jīng)體液因素對心臟搏動的調(diào)節(jié)。此外實(shí)驗(yàn)選擇也需要考慮操作難度和成功率，避免因?yàn)閷?shí)驗(yàn)失敗影響學(xué)習(xí)效果并打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。

雖然在以上原則的指導(dǎo)下能夠選出一系列合適的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，但仍有一些內(nèi)容較好的實(shí)驗(yàn)受制于各種因素不便于作為必做內(nèi)容面向全體學(xué)生開展。并且課程比較死板，缺少靈活性，學(xué)生沒有自由發(fā)揮的空間。當(dāng)前90后的大學(xué)生思維活躍，知識面廣泛，應(yīng)該盡量發(fā)揮其主觀能動性，這樣可以提高教學(xué)質(zhì)量和效果。類似的問題存在于很多學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對于問題的解決也有很多探索，包括開展選做實(shí)驗(yàn)。一種選做實(shí)驗(yàn)的方式是對部分同學(xué)授課，或者是拔尖人才班[1]，或者是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰^強(qiáng)并且有進(jìn)一步探索欲望的學(xué)生[2-3]，也有通過報(bào)名選擇優(yōu)秀學(xué)生的方式[4]。選做實(shí)驗(yàn)的設(shè)置不僅能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和分析解決問題的能力，也能夠部分緩解設(shè)備等實(shí)驗(yàn)條件不足的困難。不僅是生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，也有其他學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用了這樣的方式[5-6]。

我校的生理學(xué)實(shí)驗(yàn)課設(shè)置了6次指定的實(shí)驗(yàn)，其余2次為選做實(shí)驗(yàn)。并且選做實(shí)驗(yàn)的方式更加靈活，包括了從教材[7]上指定的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)范圍中進(jìn)行選擇，在指定測定內(nèi)容條件下自行確定科學(xué)問題及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，以及完全自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)三大類方式。這樣可以讓學(xué)生根據(jù)自身的情況和興趣選擇內(nèi)容，從而提高學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)主觀能動性較強(qiáng)的同學(xué)可以通過自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決一個(gè)感興趣的問題，體驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案的過程。

1　選做實(shí)驗(yàn)的課程安排

1.1　上課時(shí)間

2次選做實(shí)驗(yàn)分別放在學(xué)期中及學(xué)期末。第1次課程在學(xué)期中，學(xué)生在之前的課程中已使用蟾蜍進(jìn)行了3～4次實(shí)驗(yàn)，鍛煉了手術(shù)操作能力，并且通過對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置的講解，能夠初步了解如何圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定方案解決問題。第2次課程在學(xué)期最后一次，經(jīng)過第1次選做實(shí)驗(yàn)的鍛煉，學(xué)生已了解課程的形式，并且完成了家兔的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可有更多的實(shí)驗(yàn)選擇。

1.2　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

選做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的決定方式，通過幾年來的摸索，最終確定為給定范圍內(nèi)自主選擇與自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，學(xué)生可以根據(jù)自身實(shí)際情況決定。有精力有意愿的學(xué)生可以自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，包括目的、方法、過程等，從而得到更完整的訓(xùn)練。其他學(xué)生則可以從給定的范圍內(nèi)選擇實(shí)驗(yàn)，在一定程度上提高學(xué)習(xí)興趣。

2016年秋季學(xué)期,生理學(xué)實(shí)驗(yàn)選做內(nèi)容的指定部分包括9個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中6個(gè)實(shí)驗(yàn)使用蟾蜍，2個(gè)使用家兔，1個(gè)使用大鼠。由于在第1次選做實(shí)驗(yàn)前沒有安排以家兔為材料的課程，故2個(gè)家兔實(shí)驗(yàn)在第2次提供選擇。每個(gè)實(shí)驗(yàn)都可通過教材或講義進(jìn)行預(yù)習(xí)。

自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)包括:①提供特定設(shè)備，相應(yīng)地限定了實(shí)驗(yàn)范圍，目前包括血糖濃度和酒精含量兩項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)室提供簡易的家用血糖儀及呼吸式酒精檢測儀，用于測定受試者的血糖濃度或血液中酒精含量。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生自己確定處理?xiàng)l件，設(shè)計(jì)希望檢測的項(xiàng)目，例如體內(nèi)酒精濃度與人反應(yīng)速度的關(guān)系等，制定實(shí)驗(yàn)方案。②自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)沒有檢測項(xiàng)目的限制，學(xué)生可以根據(jù)課程組能夠提供的條件進(jìn)行完全自主設(shè)計(jì)。

2　選做實(shí)驗(yàn)的教學(xué)情況

從2013年開始增加選做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，截至2016年底，共有7個(gè)學(xué)期。其中2015年的2個(gè)學(xué)期嘗試了1次選做實(shí)驗(yàn)的設(shè)置，上課時(shí)間放在學(xué)期中間。其他5個(gè)學(xué)期均為2次選做實(shí)驗(yàn)，2015年春季學(xué)期開始增加指定實(shí)驗(yàn)范圍自設(shè)計(jì)的內(nèi)容。

截至2016年底，共記錄了10次選做實(shí)驗(yàn)課程中301次內(nèi)容選擇。根據(jù)這些記錄可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生首先希望保證實(shí)驗(yàn)成功。因此在之前實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)用過的材料標(biāo)本進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)被選擇的次數(shù)最多，占比達(dá)到44.5%。其次，學(xué)生們希望接觸與科研相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，因此選擇大鼠腦片制備與觀察實(shí)驗(yàn)的占比達(dá)到18.6%，在單次實(shí)驗(yàn)中排在第2位。由于設(shè)備數(shù)量有限，腦片制備實(shí)驗(yàn)有人數(shù)限制，每次均能達(dá)到人數(shù)上限，這反應(yīng)了學(xué)生對于科研方法極大的求知欲。

在自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方面，2015年春季學(xué)期開展限定內(nèi)容自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)之后共記錄207次選擇，其中學(xué)生明顯對酒精相關(guān)的實(shí)驗(yàn)更感興趣，選擇次數(shù)占11.6%。同樣由于各種原因，酒精實(shí)驗(yàn)也有人數(shù)限制，通常也會達(dá)到上限。選擇血糖相關(guān)實(shí)驗(yàn)的次數(shù)僅為2次。無限定內(nèi)容的自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行8次，占比為2.7%，這個(gè)數(shù)量還有待提高。

3　選做實(shí)驗(yàn)的問題及改進(jìn)

選做實(shí)驗(yàn)的開展對教學(xué)質(zhì)量產(chǎn)生很多有益的影響，但也存在一些問題。對于存在的不足，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)隨時(shí)改進(jìn)，以更好的服務(wù)于教學(xué)目的。

3.1　課程準(zhǔn)備和對教師的要求

開展選做實(shí)驗(yàn)首先提高了對任課教師的要求，不僅需要掌握更多的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，也需要及時(shí)了解科學(xué)研究中正在使用的實(shí)驗(yàn)手段，豐富生理學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，給學(xué)生提供更多的選擇。這樣可以最大程度上增加學(xué)習(xí)興趣，從而提高教學(xué)質(zhì)量。另外，對于任課教師的課前準(zhǔn)備及課上組織也有較高的要求。由于學(xué)生進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)，因此需要準(zhǔn)備不同的實(shí)驗(yàn)器具、材料和動物。開展選做實(shí)驗(yàn)以來，最少的一次是22名學(xué)生同時(shí)進(jìn)行3種實(shí)驗(yàn)，最多一次同時(shí)進(jìn)行10種實(shí)驗(yàn)，平均每次同時(shí)開展6～8種。相比于統(tǒng)一完成的實(shí)驗(yàn)，選做實(shí)驗(yàn)對材料和儀器設(shè)備的準(zhǔn)備有了更高的要求。更大的考驗(yàn)在于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，超過一半的學(xué)生選擇的實(shí)驗(yàn)需要制備沒有學(xué)習(xí)過的標(biāo)本，因此課上進(jìn)行有效的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)是很有必要的。這類困難對于開展選做實(shí)驗(yàn)的課程普遍存在，造成了這種教學(xué)方式難以推廣[1]。對此我們在教學(xué)中進(jìn)行了嘗試，首先盡量有至少2名教師參與課程指導(dǎo)。選做實(shí)驗(yàn)中研究生助教的作用較小，因?yàn)榕R時(shí)訓(xùn)練助教熟悉全部實(shí)驗(yàn)并不現(xiàn)實(shí)，所以需要具備豐富經(jīng)驗(yàn)的教師。其次，在2016年秋季學(xué)期，首次使用了手術(shù)視頻輔助教學(xué)，通過專業(yè)機(jī)構(gòu)錄制的手術(shù)視頻，進(jìn)行剪輯后提供學(xué)生觀看，可以有效的解決課上指導(dǎo)的問題。

3.2　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改進(jìn)

最初開展選做實(shí)驗(yàn)時(shí)，并沒有給出可選實(shí)驗(yàn)列表，而是學(xué)生自行在教材中挑選實(shí)驗(yàn)，因此出現(xiàn)一些問題。主要是對實(shí)驗(yàn)難度不了解，有的實(shí)驗(yàn)過于簡單，無法達(dá)到課程的最低要求。有的實(shí)驗(yàn)則難度較高，屢次嘗試最終仍不能成功，無法得到有效的結(jié)果，影響教學(xué)效果，并打擊學(xué)生的積極性。因此選擇難度適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)非常重要。針對該問題，課程組制定了可選列表，同時(shí)對實(shí)驗(yàn)難度進(jìn)行簡單介紹并提供預(yù)習(xí)材料，學(xué)生可以根據(jù)自身情況選擇。

3.3　評分標(biāo)準(zhǔn)

選做實(shí)驗(yàn)由于內(nèi)容不同，因此無法采取統(tǒng)一的評分標(biāo)準(zhǔn)。有的實(shí)驗(yàn)手術(shù)操作過程比較復(fù)雜，例如蟾蜍離體心臟灌流實(shí)驗(yàn)，手術(shù)難度大于制備坐骨神經(jīng)-腓腸肌標(biāo)本，并且上課時(shí)是初次進(jìn)行，難度更高。這樣的實(shí)驗(yàn)在操作分?jǐn)?shù)的設(shè)置上需要有所區(qū)分。有的實(shí)驗(yàn)不涉及手術(shù)操作，例如人體血液酒精含量測定及其影響，沒有手術(shù)操作，但是需要完善的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。因此在評分過程中，使用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分?jǐn)?shù)代替手術(shù)操作分?jǐn)?shù)。總之，操作困難或者結(jié)果豐富的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)有更高的總分，通過學(xué)生對分?jǐn)?shù)的重視，引導(dǎo)他們更多的選擇訓(xùn)練更充分、收獲更大的內(nèi)容。對于成功率較低的或者探索性的內(nèi)容，特別是自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該有分?jǐn)?shù)上的鼓勵(lì)，避免學(xué)生由于擔(dān)心失敗損失分?jǐn)?shù)而選擇簡單的內(nèi)容，從而失去設(shè)置選做實(shí)驗(yàn)的意義。

3.4　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的擴(kuò)展

通過選做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的統(tǒng)計(jì)可以看出，雖然提供了多種選擇，但實(shí)際上選擇仍然集中在使用蟾蜍的實(shí)驗(yàn)上。一方面的原因是第1次選做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí),尚未完成家兔的實(shí)驗(yàn)，無法使用家兔進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。另一方面是家兔實(shí)驗(yàn)難度較大，而且學(xué)生熟練度較低。因?yàn)楸拘Ｉ韺W(xué)實(shí)驗(yàn)課基于動物倫理學(xué)的原則，為減少實(shí)驗(yàn)動物的使用量，將家兔血壓調(diào)節(jié)和呼吸調(diào)節(jié)的2次實(shí)驗(yàn)合并為一次進(jìn)行，以減少動物使用量。但對于選做實(shí)驗(yàn)來說，只完成過1次的家兔實(shí)驗(yàn)和完成過5～6次的蟾蜍實(shí)驗(yàn)，選擇后者是比較簡單的。并且合并進(jìn)行的家兔血壓呼吸調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)，花費(fèi)時(shí)間長，耗費(fèi)精力大，也造成了學(xué)生選擇家兔實(shí)驗(yàn)的障礙。目前這種狀況還沒有什么好的解決方法，只能通過增加分?jǐn)?shù)進(jìn)行鼓勵(lì)。

選做實(shí)驗(yàn)中最受歡迎的內(nèi)容是大鼠腦片制備及觀察，由于儀器數(shù)量的限制，每次課只有6個(gè)名額，報(bào)名人數(shù)通常都會超過，需要抽簽決定。說明學(xué)生對于實(shí)際使用的科研方法有很大的興趣，這對任課教師提出了更高的目標(biāo)，即尋找更多適合在本科教學(xué)開展的科研方法教學(xué)，使學(xué)生能夠得到更貼近實(shí)際工作的訓(xùn)練。

此外，指定內(nèi)容自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中的酒精相關(guān)內(nèi)容也很受歡迎，主要原因是與實(shí)際生活密切相關(guān)。而血糖相關(guān)的內(nèi)容雖然也同樣與身體健康關(guān)系緊密，但對于20歲左右的大學(xué)生來說，糖尿病之類的問題十分遙遠(yuǎn)，而且血糖測定需要少量采血，因此選擇人數(shù)很少。而指定內(nèi)容的自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)選擇人數(shù)是完全自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的6倍，這說明很多學(xué)生并非不想自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，而是缺乏明確的方向和科學(xué)問題。有了這些，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案也是一種很好的訓(xùn)練。雖然酒精相關(guān)實(shí)驗(yàn)由于實(shí)際原因，不可能大面積進(jìn)行，但提供了思路，可以通過給出更多與實(shí)際生活相關(guān)的科學(xué)問題，引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究，從而大大提高教學(xué)效果。

4　結(jié)　語

設(shè)置選做實(shí)驗(yàn)是我校生理學(xué)課程提高教學(xué)質(zhì)量的改革之一，通過4年來的實(shí)踐，已經(jīng)有了比較完善的方案，并且達(dá)到了較好的效果。首先在課時(shí)縮減的條件下，擴(kuò)大了內(nèi)容范圍，確保教學(xué)的全面性不因?qū)嶒?yàn)次數(shù)減少而下降。其次在設(shè)備有限的情況下，開展了與科研方法密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)研究的聯(lián)系，避免了教學(xué)內(nèi)容無法在科研中找到應(yīng)用的尷尬。最后，選做實(shí)驗(yàn)的方式增加了學(xué)生的興趣和積極性。因此，我們會繼續(xù)嘗試完善選做實(shí)驗(yàn)體系，建立高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

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